現代有軌電車乘客信息系統的設計與實現

趙偉慧，付 思，汪曉臣，郭長青

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京，100081）

現代有軌電車在我國處于發展起步期，預計到2020 年現代有軌電車線路新增 1 500 km，即將迎來發展爆發期。傳統有軌電車乘客信息系統（PIS）主要關注點是車載子系統[1]，在車站主要采用LED發布運營信息，發布位置點固定，信息內容單一，乘客感知度不高。信息化和智能化是現代有軌電車技術發展的必然要求，現代有軌電車乘客信息系統能夠為乘客提供信息交互功能，使乘客在旅行途中及時準確掌握行車相關信息，承擔向乘客發布和提供旅行相關信息服務，引導乘客安全順利到達目的地，是現代有軌電車信息化智能化發展的必要組成部分。已有公司將有軌電車乘客信息系統行車信息擴展到了站臺，并解決了多客戶端遠程管理問題[2]。本文借鑒城市軌道交通乘客信息系統的傳輸方案[3]，從乘客和運營管理角度，豐富有軌電車乘客信息系統的信息服務方式和信息范圍，實現了信息的靈活定制發布，動態展現在線列車位置和到站時間，提供交互式信息查詢功能，并通過移動應用滿足乘客隨時隨地查看出行信息的需求。

1 系統概述及需求分析

1.1 系統概述

現代有軌電車乘客信息系統主要功能是將列車行駛過程中的信息展示給站臺候車乘客；提示信息以聲音、視頻、文字等方式提供給乘客，提高乘車體驗。對市區及多線換乘等客流集中的車站，自動根據不同候車區域的人流分布狀況，提示旅客主動分流，并在緊急狀況時，及時發布應急信息，引導乘客合理疏散，在保障乘客安全、提高旅行效率、提升服務感受等方面起到重要作用。

現代有軌電車乘客信息系統的應用還不成熟，缺乏動態的實時信息顯示、交互式查詢、媒體娛樂等乘客服務。有軌電車車站設施精簡，沒有站廳，如何將行車信息發送到客戶端，多臺客戶端如何遠程管理，各站臺行車信息如何處理，以及客戶端上應該顯示哪些內容是有軌電車乘客信息系統建設需要解決的重要問題。

1.2 系統需求分析

現代有軌電車乘客信息系統主要服務對象是乘客和運營人員。

對于乘客來講，主要需求是獲取服務信息。（1）乘客能夠獲取多媒體信息，包括視頻娛樂信息和運營發布的提示信息，以及在緊急情況下獲得救援、逃生、換乘等應急指揮信息。（2）能夠實時直觀地了解在線列車的動態位置，以及當前列車和下一班次的預計到站時間，提高出行效率。（3）能夠進行便捷的交互式信息查詢，包括線路換乘、站點信息、周邊環境、首末班車時間、公交換乘、乘客須知、新聞公告、失物招領等；或者通過掃描二維碼，下載移動應用軟件等通過移動終端設備查詢所需信息[4]。

對于運營人員來講，主要需求是通過現代有軌電車乘客信息系統進行正常的運營維護。（1）能夠定制發布上述乘客需求的各類信息，主要包括上傳媒體，編輯播放計劃，并將設置好的信息發布到播放終端，供各終端按照設置進行播放。（2）能夠管理系統的配置參數、設備定義、用戶權限等進行管理；監視全線設備狀態，遠程控制設備，及時發現、查看、處理設備故障；查看、打印系統運行的日志數據、統計報表等信息。

2 系統設計

2.1 系統架構

現代有軌電車乘客信息主要是對乘客信息進行編輯、發布、播放、管理，將乘客出行的各種信息通過車站電子站牌、查詢機、LED顯示屏、車載LCD屏等方式展示給乘客，為乘客出行提供引導、咨詢信息服務，系統的設計架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

2.1.1 PIS服務

PIS服務主要通過媒體編輯與發布平臺和綜合信息管理平臺實現信息發布和設備監控，為播放控制器提供信息播放計劃，最終展示在LCD顯示屏、LED顯示屏、查詢機等顯示終端。

2.1.2 位置服務

位置服務通過接收北斗車載機獲取線路上列車的定位信息，并將列車定位信息實時發送給PIS服務，用于展示線路車輛實時運行位置，并估算到站時間提供給候車乘客。

2.1.3 移動應用服務

移動應用服務用于支持運營方在移動端信息管理平臺發布移動應用軟件信息，將移動端信息管理平臺訂制的服務信息通過移動應用軟件提供給乘客。

2.2 系統組網結構

綜合考慮有軌電車的車站設置、網絡架構、運營特點等，現代有軌電車乘客信息系統分為中心子系統、車站子系統和車載子系統[5]，系統的組網結構如圖2所示。

2.2.1 中心子系統

中心子系統主要包括PIS服務器、位置服務器、移動應用服務器、數據庫、中心交換機及工作站等設備，實現全線設備監控管理、信息發布管理、列車位置和到站時間處理等功能。

2.2.2 車站子系統

車站子系統主要包括車站服務器、交換機、播放控制器、電子站牌、LED顯示屏、查詢機等設備，實現接收中心子系統下發的節目列表和播放內容，保持所屬車站數據與中心子系統同步，同時，在車站和路網中心網絡故障情況下，實現對所轄車站媒體播放器的狀態監視和管理控制。

2.2.3 車載子系統

車載子系統主要包括司機室主機、客室主機、顯示終端和列車局域網等設備，實現中心子系統發布信息的下載與現實，按照編播計劃進行文件播放，包括直播、錄播、直播切換為墊播、緩沖播放、車載視頻補包等，顯示中心乘客信息系統向列車發送的運營信息。

圖2 系統組網結構圖

3 系統功能與實現

3.1 信息定制發布

現代有軌電車乘客信息發布主要包括媒體資源播放和運營信息發布，通過中心子系統媒體編輯與發布平臺和綜合信息管理平臺實現，均采用B/S架構實現，用戶通過瀏覽器可以進行媒體編播和運營信息發布。中心發布的播放計劃由播放控制器進行合成播放，播放控制器按照計劃文本從中心下載相應的媒體資源，將媒體資源按照預定義的版式和時間進行畫面合成，輸出播放數據流到LCD終端進行顯示[6]。

播放控制器軟件架構如圖3所示，采用Java Frame框架進行搭建，將整個程序作為一個容器，按照媒體編播平臺設定的播放計劃描述文件plan.xml中的定義，在畫面中對各個Frame分區進行繪制。播放器分為視頻播放器、SWG播放器、圖片播放器3種類型，根據播放列表的類型選擇相應播放器播放。對于文本滾動信息，系統可以根據播放信息內容的輕重緩急設定優先級，高優先級覆蓋低優先級。其中，普通信息為指定位置滾動顯示，緊急信息為全屏顯示，例如，疏散指示，安全警示、緊急故障等。

3.2 列車位置與到站時刻動態提示

為了給乘客提供豐富多樣化的信息資源，為乘客提供更好的出行體驗，在現代有軌電車乘客信息系統利用北斗衛星導航系統獲取列車位置信息，提供了車輛到發信息、列車位置信息和到站時間提示，定位模塊架構如圖4所示。

通過安裝在有軌電車上的北斗通信車載機接收北斗衛星定位信息并發送給北斗指揮機，現代有軌電車乘客信息系統定制開發位置服務器，實現對終端位置和速度等信息的獲取及解析，通過位置數據庫，結合GIS地圖技術，實時跟蹤列車位置信息，并估算列車到站時間，在車站電子站牌以線路地圖形式展示當前在線車輛的動態位置信息，并在電子站牌LCD屏指定區域顯示未來兩趟列車的預計到站時間。

3.3 交互式信息查詢

圖3 播放控制器軟件架構圖

圖4 北斗定位模塊架構圖

現代有軌電車乘客信息系統信息查詢模塊分為數據存儲層、業務服務層、終端功能層，從業務上分為廣告管理、內容管理、用戶管理、權限管理、監控管理、接口管理、統計分析、配置管理共8個業務模塊，如圖5所示，可滿足使用平臺的各類用戶角色的開發和運維需求、管理和運營需求以及面向乘客的服務需求，及時追蹤乘客關注熱點，移動終端界面支持個性化定制，信息展示靈活，滿足針對運營和乘客需求的便捷更改。

圖5 交互式查詢模塊架構圖

現代有軌電車乘客信息系統通過車站查詢機和移動終端向乘客提供交互式信息查詢。查詢機查詢功能區域包含地鐵換乘、乘客須知、新聞公告、周邊環境、首末車時間、站內導航等功能，主要實現主動獲取類信息的交互式查詢。移動終端軟件是利用HTML5與jQuery Mobile框架快速開發基于瀏覽器的Web App，具備發布周期短、跨平臺跨設備的優點[7-8]。乘客通過移動App在任意位置查詢運營時刻、列車信息、車廂擁擠度等相關信息，還可以定制信息主動推送，如緊急公告、沿途商圈信息等。

3.4 設備管理與實時監控

控制中心可進行設備認證、設備編碼、IP地址的分配等配置管理，獲取設備故障和設備保養的統計和分析信息，可以向全線、某個車站、某類設備、某臺設備下達控制命令，包括開機、關機、重啟、音量調節等控制操作。能夠準確、實時監視終端控制設備運行狀態，并進行故障報警。設備告警狀態中顯示的為當前設備最新工作狀態，設備故障恢復后自動轉存到日志管理，監控的數據類型包括網絡通斷、設備基本信息檢測和應用程序運行狀態。

（1）網絡通斷：由系統中心服務器周期并行向所檢測設備進行網絡Ping檢測，連續3次網絡不可達，即記錄為網絡中斷故障；當檢測到網絡可達，網絡中斷故障自動恢復。

（2）設備基本信息檢測：采集設備基本信息狀態，包括CPU、內存、磁盤占用率等，可按照實際運營需求設置閾值，當采集的參數超過閾值時判定設備狀態為故障，并在告警狀態頁面進行提示。

（3）應用程序運行狀態檢測：設備運行的適配器程序定期向中心服務器上報心跳，如果中心服務器連續3次未收到心跳數據則認為該設備適配器故障，當再次收到心跳數據，適配器告警自動恢復。

4 關鍵技術

4.1 網絡技術

現代有軌電車乘客信息系統網絡是信息數據傳輸的承載平臺，為媒體視頻等數據由中心下發到各個車站提供可靠、穩定及高效的雙向傳輸服務[9]。現代有軌電車乘客信息系統的無線網絡作為所有信息數據傳輸的承載平臺，為乘客提供了大量的信息服務，使乘客能夠在列車上，觀看電視節目，還能夠將每一節車廂中的實際情況反映到控制中心，滿足了乘客和運營需求。

地鐵線路大多鋪設于地下，均為密閉空間，不利于數據信號的傳遞，而有軌電車線路大多鋪設于地面，空間比較開闊，有利于信號的傳遞，目前，大多數有軌電車均借用無線通信系統提供的數據通道進行數據傳輸，一般的節目源均在列車到段后，在車輛段內部完成數據傳輸。

4.2 定位技術

在通信方面，現代有軌電車項目一般不包含信號系統，列車定位信息傳輸方式需依靠移動運營商或無線集群通信網承載。一般列車定位信息采集來自于無線車載電臺GPS模塊，但存在傳輸延時大、精度低及信號不穩定等問題。

北斗衛星導航系統采用RNSS（衛星無線電導航業務）和RDSS（衛星無線電測定業務）雙模結構，具有GPS導航、定位和授時功能，同時提供雙向短報文服務，授權用戶可傳輸120個漢字[10]。北斗指揮機具有全方向高靈敏度信號捕捉能力、穩定高效率的信號發射能力；能夠實現對3顆北斗衛星6波束信號的實時跟蹤處理；具有監視指揮調度等功能；可實現對下屬500個用戶機的指揮調度和多級分組功能。利用北斗衛星導航系統可獲得列車的定位信息，經過信源壓縮、數據加密后通過衛星通信方式傳輸至后方控制中心，即可實現高效、準確、實時的列車定位信息。

5 結束語

本文針對現代有軌電車的建設和運營特點，提出了現代有軌電車乘客信息系統的網絡架構，通過媒體發布和綜合監控平臺、電子站牌、查詢機、移動應用等方式，實現了信息發布定制化，信息顯示多樣化、信息獲取便捷化，極大地改善了有軌電車傳統乘客信息系統信息顯示點固定、內容單一的缺點，提升了乘客的旅行效率和有軌電車乘坐體驗。